四阀五柱法分析炼厂气的应用总结

摘 要：介绍了用HP6890气相色谱仪分析炼厂气的工作原理，总结了分析中的常见故障及原因分析，并且提出了解决的对策，改善前后的对比谱图。

关键词：炼厂气；四阀五柱；气相色谱仪

1 前言

炼油厂在加工过程中产生大量炼厂气，其组成复杂，用HP6890一台气相色谱仪及四阀五柱技术，可将炼厂气中的氢气、C1-C4烷烃、C2-C4烯烃和少量C5烷烃有效分离。但在实际应用中遇到了一系列问题，氢气峰、氧气峰和氮气峰不能完全分离；C6峰过宽，有时C6以上组分峰尾紧跟着一个细长峰；阀切换时基线波动；化学工作站时有死机。通过工作原理的介绍，阐述了产生这些现象的原因，并且提出了相应的解决对策。最终得到了满意的分离效果，提高了分析的准确度。并且总结了操作的注意事项。

2 工作原理

四阀五柱技术实现了在一台色谱仪内通过四个阀的切换使不同的组分在不同的柱子上分离的的效果，结构示意图见图1。

柱1长为2英尺，固定相为20%癸二腈柱，主要用于反吹C5以后重组分。

柱2长为4英尺，固定相为13X分子筛柱，主要用于分离氢气。

柱3长为30英尺，固定相为20%癸二腈柱，主要用于分析C2以后烃类组分。

柱4长为6英尺，固定相为有机多孔聚合物HayeSepQ柱，主要用于分离乙烷和乙烯。

柱5长为10英尺，固定相为13X分子筛柱，主要用于分离氧气、氮气、甲烷、一氧化碳。

图中四阀均为OFF状态，进样口串联阀1和阀4上的两个定量管，气路1用氮气做载气，是由阀4上的定量管、柱2及检测器B组成的，阀4为OFF状态，即定量管没有接入气路系统，分析时通过阀4的切换使定量管中的样品进入柱2分离出其中的氢气，然后进入检测器B进行定量；另一气路用氢气做载气，由阀1上的定量管、柱1、柱3、柱4、柱5及检测器A组成，阀1为OFF状态，定量管没有接入气路系统，阀2、阀3为ON状态，柱4、柱5没有接入气路系统，分析样品时，切换阀1状态为ON，定量管接入气路，样品通过柱1分离出氧、氮、甲烷、一氧化碳混合组分，乙烷、乙烯混合组分及C3-C5各单体烃组分，C5以上组分可以通过切换阀1为OFF状态反吹成和峰进检测器A进行检定。当氧、氮、甲烷、一氧化碳混合组分到达，切换阀3为OFF状态，使混合样品进入柱5，在其全部进入柱5而未流出时，使柱5柱中的氧、氮、甲烷、一氧化碳混合组分分离，通过切换阀3为ON状态将柱5切出系统，切换阀2为OFF状态，将柱4切入系统，分离C2组分，切换阀2为ON状态，将柱4切出系统，释放C3-C5组分进入检测器A，将柱4切入系统进检测器A，最后将永久性气体氧、氮、甲烷、一氧化碳切入系统进检测器进行检测。

3 炼厂气分析中遇到的问题及原因分析

3.1 遇到的问题

3.1.1 氢气峰不能与其它烃组分峰完全分离。

3.1.2 氢气峰无法被自动识别。

3.1.3 阀3切换后基线下降。

3.1.4 氧气不出峰。

3.1.5 氧气峰和氮气峰无法完全分离。

3.1.6 C6组分峰超宽、超胖。

3.1.7 C6以上组分峰有时会在峰尾部跟随一细长峰。

3.1.8 仪器死机。

3.2 原因分析

针对遇到的问题分析原因如下。

3.2.1 氢气峰不能与其它烃组分峰完全分离。由于分离氢气的13X分子筛柱长期使用吸水失活，造成氢气峰无法与其它烃组分峰完全分离。

3.2.2 氢气峰无法被自动识别。由于半峰宽太窄造成氢气峰无法被自动识别。有时出峰时间改变造成氢气峰无法被识别。

3.2.3 阀3切换后基线下降。由于阀切换前后的两个柱系统之间压力不匹配，造成基线下降。

3.2.4 氧气不出峰。由于阀切换后基线下降与氧气出峰时间重叠，造成氧气不出峰。

3.2.5 氧气峰和氮气峰无法完全分离。由于分离氧气和氮气的13X分子筛柱长期使用吸水失活，造成氧气峰和氮气峰无法完全分离。

3.2.6 C6组分峰超宽、超胖。C6组分峰超宽、超胖的原因有两个，一方面是由于阀1切换与C6出峰时间重叠，基线波动被误判为C6峰。另一方面是由于进样口重组分堆积造成。

3.2.7 C6以上组分峰有时会在峰尾部跟随一细长峰。由于阀切换时间过早，造成小于C6的轻组分被反吹。

3.2.8 仪器死机。造成仪器的原因有很多，现分析如下：

（1）气路漏气，特别是氢气微漏都会造成仪器死机。

（2）误操作，未按照规定程序退出系统，会造成下一次开机时死机。

（3）环境温度过高，超过设定值造成死机。

4 针对出现的问题的处理措施

4.1 氢气峰不能与其它烃组分峰完全分离。活化色谱柱，13X分子筛柱的活化条件是350℃，35ml/min（N2），活化8小时。

4.2 氢气峰无法被自动识别。可以重设分析参数，将半峰宽由0.08分改为0.04分，若还无法识别，可以手动识别。针对出峰时间改变可以及时调整效准表中的保留时间参数。

4.3 阀3切换后基线下降。可以通过调节阻尼3来平衡前后两个系统压力。

4.4 氧气不出峰。调节阻尼，使阀前后两路系统达到平衡。

4.5 氧气峰和氮气峰无法完全分离。活化色谱柱，13X分子筛柱的活化条件是350℃，35ml/min（N2），活化8小时。

4.6 C6组分峰超宽、超胖。清洗进样系统，用氮气吹扫。

4.7 C6以上组分峰有时会在峰尾部跟随一细长峰。重新设定阀1反吹时间。

4.8 仪器死机

4.8.1 针对气路漏气，检查气路系统，查出漏点拧紧。

4.8.2 针对未按规定程序退出系统，应重新拷贝系统软件。

4.8.3 环境温度过高，超过设定值造成死机。可以适当提高设定温度或降低环境温度。

5 结束语

5.1 定期活化色谱柱，尤其是13X色谱柱，对氢气、氧气和氮气的分离效果显著。

5.2 改变氢气峰的积分参数和效准参数，可以有效识别氢气峰。

5.3 适当调节阻尼可以使氧气峰被识别并且改善阀切换前后基线下降。

5.4 清洗进样系统可。

5.5 合理的阀切换时间可以有效的阻止轻组分的流失。

5.6 针对仪器死机，应考虑首先检查气路系统、系统软件或环境温度。

作者简介：袁维（1970，10-），女，高级工程师，从事质量管理和仪器分析工作。